上海交大等团队在Nature发表铂表面应力调控实现高效催化的研究成果

上海交大等团队在Nature发表铂表面应力调控实现高效催化的研究成果

近日，上海交通大学材料科学与工程学院、金属基复合材料国家重点实验室、氢能科学中心吴建波教授与西安交通大学金明尚教授、美国加州大学河滨分校尹亚东教授在国际著名期刊《催化学报》上以“the of for”为题发表了研究成果。吴建波教授为该研究论文的共同通讯作者，上海交通大学博士生石风雷为该研究论文的共同第一作者。

铂催化剂是目前能源领域最重要的一类催化剂，通过应变调控可以控制铂原子间的距离，进而调控其电子结构，改变其在某些反应体系中的催化性能。如何实现铂催化剂表面应变的精准连续调控是催化领域备受关注且极具挑战性的问题。本研究提出一种通过磷化脱磷工艺在钯晶格中产生膨胀和收缩效应，系统调控钯纳米立方体表面铂原子应变的方法（图1），通过磷化脱磷程度可以连续可控地调节表面铂原子的拉伸和压缩应变程度（图2、图3）。应变的表征首先需要通过球差校正电子显微镜对纳米颗粒进行原子分辨率表征，对各个原子（柱）进行多次成像叠加定位，再通过几何相分析表征颗粒的应力分布。 此项工作难度大、繁琐，极具挑战性，是在吴建波教授的指导下，由上海交通大学材料科学与工程学院博士生石风雷完成的。

图1 通过磷化（a）过程和脱磷（b）过程控制沉积在Pd纳米立方体上的超薄Pt壳的晶格应变的示意图。

图 2 未应变和拉伸应变铂壳的表征

图3 铂壳的压缩应变表征

最后，通过电化学性能测试，研究人员发现铂的催化活性随应变变化很大：甲醇氧化应变-活性关系遵循M型曲线，氢析出反应应变-活性关系遵循火山型曲线。性能最好的催化剂活性超过了大多数之前报道的Pt和PdPt双金属催化剂，并表现出良好的稳定性。本研究的应变调控策略不仅可以从根本上探索应变如何影响Pt催化性能，而且可以为可再生能源转化的高性能催化剂的制造提供一条有希望的路径。

上述研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、上海交通大学氢能科学中心、清洁能源材料联合研究中心等项目的资助。

论文链接：

石风雷、聂文杰

材料科学与工程学院